DE2729129A1

DE2729129A1 - Sperrschwinger fuer elektromagnetische foerderpumpen

Info

Publication number: DE2729129A1
Application number: DE19772729129
Authority: DE
Inventors: Ralph Vernon Brown
Original assignee: Purolator Products Co LLC
Current assignee: Purolator Products Co LLC
Priority date: 1976-06-28
Filing date: 1977-06-28
Publication date: 1978-01-05
Also published as: JPS532703A; CA1101518A; GB1530842A; JPS58144677A; JPS612791B2; US4079436A; FR2357046B1; IT1076069B; FR2357046A1; GB1536099A

Description

AO

Die Erfindung bezieht sich auf Sperrschwinger zum Schalten von induktiven Lasten und insbesondere auf Sperrschwinger, die widerstandsfähig gegenüber vorübergehenden Spannungsschwankungen sind.

Elektromagnetische Förderpumpen werden für eine große Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet, beispielsweise auch zur Treibstoff Versorgung für eingebaute Brennkraftmaschinen. Infolgedessen ist es erforderlich, daß sie über einen großen Bereich von Umgebungstemperaturen arbeiten und relativ große Spannungsschwankungen aushalten. Sie sind normalerweise an die gleiche elektrische Stromversorgung angeschlossen, welche die elektrische Energie für die Maschine und ihre Zusatzgeräte liefert, wie z.B. das Zündsystem, den Starter und andere induktive Einrichtungen. Die Betätigung des Starters erfordert z.B. einen hohen Strom, der zu einer beträchtlichen Abnahme der Ausgangsspannung der elektrischen Stromquelle führt. Umgekehrt, wenn die Energieversorgung zum Starter beendet ist, wird die in den Starterwindungen gespeicherte Energie in Form eines induktiven Rückstoßes freigegeben, die in dem elektrischen System zu einem negativen — Spannungsübergang über den Nominalspannungspegel der elektrischen

709881/1111 - 10 -

Stromversorgung führen wird. Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Lastabschaltung, bei der eine Last mit niedriger Impedanz abgeschaltet oder abgetrennt wird. Dies führt zu einem zeitweiligen Uberspannungszustand, der auch zu einem Ausfall des Schaltkreises führen kann. Auch sind Radio, Zündsystem und andere an das elektrische System einer eingebauten Brennkraftmaschine angeschlossene Geräte empfindlich gegenüber Funkstörungen. Normalerweise sind Filteranordnungen, wie z.B. Dioden und RC-Glieder zur Unterdrückung von Funkstörungen vorgesehen und verhindern, daß sie andererseits von Funkstörungen beeinträchtigt werden, die von den anderen an das elektrische System angeschlossenen Geräten erzeugt werden. Diese Filteranordnungen sind jedoch nicht immer vollständig wirksam und ebenfalls nicht ausfallsicher, so daß keine der an das elektrische System angeschlossenen elektrischen Einrichtungen eine Quelle von Funkstörungen sein sollte. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren sind Betrieb unter Niederspannungs-Eingangsbedingungen, Versagen und Ausfall von Komponenten unter Uberspannungsbedingungen und die Erzeugung von Funkstörungen. Während die meisten Festkörperbauelemente in ihrem nicht leitenden Zustand relativ hohe Überspannungszustände überstehen können, sind sie extrem anfällig gegenüber Beschädigungen, wenn die überspannung auftritt, während sie sich in ihrem leitenden Zustand befinden. Man bezeichnet dies üblicherweise als "Ausfall in leitendem Zustand". Nachstehend soll ein verbesserter Sperrschwinger angegeben werden, der von Schaltungen gemäß der US-PS 3 629 674 und US-PS 3 381 616 ausgeht, der aber eine wesentlich höhere Toleranz gegenüber SpannungsSchwankungen aufweist als die bisher bekannten Schaltungen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf eine elektromagnetische Förderpumpe mit einer Solenoidspule, die ein hin- und hergehendes Teil der Förderpumpe antreibt. Ein Verstärker ist in Serie mit der Solenoidspule geschaltet, um den Stromfluß durch sie hindurch zu steuern und zu überwachen. Eine magnetisch an das Solenoid angeschlossene Abtastspule liefert eine "Einschalt¹¹-

709881/1113 _ _u _

Vorspannung für den Verstärker, wenn der Strom in der Solenoidspule zunimmt, und eine "Abschalt"-Vorspannung für den Verstärker, wenn der Strom in der Solenoidspule abnimmt. Infolgedessen wird derjverstärker periodisch zur Sättigung getrieben und schaltet dann ab.

Eine Serienschaltung aus Diode und Strombegrenzungswiderstand, die über die Klemmen der Solenoidspule geschaltet ist, dient zur Abführung der Energie des zusammenbrechenden Magnetfeldes der Solenoidspule, wenn der Verstärker abgeschaltet wird. Diese Serienschaltung aus Diode und Strombegrenzungswiderstand sorgt für eine kontrollierte Entladung der gespeicherten Energie, so daß die induzierte Spannung beträchtlich reduziert wird. Ein Spannungsabfall-Widerstand ist zwischen das eine Ende der Abtastspule und die Verbindung zwischen der Solenoidspule und den Verstärker geschaltet. Das andere Ende der Abtastspule ist an den Basiseingang des Verstärkers und an ein negatives oder Erdpotential angeschlossen, und zwar über einen Basisvorspannungswiderstand. Die Serienschaltung aus Spannungsabfallwiderstand, Abtastspule und Basisvorspannungswiderstand bildet einen Spannungsteiler, der ein "Einschalf'-Potential an der Basis des Verstärkers liefert, und zwar über einen vergrößerten Bereich von Umgebungstemperaturen sowie einen vergrößerten Bereich von Spannungsschwankungen. Parallel zum Basisvorspannungswiderstand ist eine die Basisspannung begrenzende Zenerdiode geschaltet, welche die maximale Spannung begrenzt, die am Basiseingang des Verstärkers auftreten kann. Die Basis des Verstärkers ist ferner mittels einer Regeldiode an einen Uberspannungs-Schutzkreis angeschlossen, der einen Regeltransistor und eine Regelzenerdiode aufweist. Die Regel-Zenerdiode ist zwischen die Basis des Regeltransistors und das negative oder Erdpotential geschaltet. Der Emitter des Regeltransistors ist an die Eingangsspannungsquelle und der Kollektor über die Regeldiode an den Basiseingang des Verstärkers angeschlossen. Wenn die Eingangsspannung in der Eingangsleitung das Durchbruchspotential der Regel-Zenerdiode überschreitet, beginnt die Regel-Zenerdiode zu leiten, und der

709881/1 113

- 12 -

Regeltransistor macht auf, gibt eine Sperrspannung auf den Basiseingang des Verstärkers und schaltet den Verstärker aus. Da der Verstärker jedesmal ausgeschaltet wird, wenn ein Uberspannungszustand auftritt, braucht der Schaltkreis nur hohe Spannungen auszuhalten und nicht die damit verbundenen hohen Ströme. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltkreises handelt es sich bei dem Verstärker um einen Darlington-Verstärker.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung wird in vorteilhafter Weise ein Schaltkreis für eine elektromagnetische Vorrichtung angegeben, die hinsichtlich Überspannungen widerstandsfähig ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß sie weniger aufwendig und kostspielig als die bisher bekannten Schaltkreise für derartige elektromagnetische Vorrichtungen ist. Des weiteren zeichnet sich der erfindungsgemäße Schaltkreis für eine elektromagnetische Vorrichtung dadurch aus, daß er bei niedrigen Temperaturen und Niederspannungsbedingungen anspricht. Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein Uberspannungs-Schutzkreis für den Schaltkreis vorgesehen, der den Darlington-Verstärker und der Hochspannungsbedingungen abschaltet. Des weiteren werden Sperrschwinger für eine elektromagnetische Förderpumpe angegeben, von denen 90 % bei Normalbetrieb 5 000 Betriebsstunden überleben können.

Weiter Vorteile und Merkmale der Erfindung sollen im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der dazugehörigen Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der wechselseitigen Beziehung zwischen einem Schaltkreis mit einem elektromagnetischen Betätigungsteil und einem Uberspannungs-Schutzkreis;

Fig. 2 eine Endansicht einer typischen elektromagnetischen Förderpumpe mit einer erfindungsgemäßen Anordnung;

- 13 -

709881/111?

Fig. 3 eine Darstellung der Förderpumpe im Querschnitt; und in

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Schaltkreises und des Uberspannungs-Schutzkreises.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbildung zur Erläuterung der wechselseitigen Beziehung eines Schaltkreises 10 mit einem elektromagnetischem Betätigungsteil 12 und einem Uberspannungs-Schutzkreis 14. Der Schaltkreis 10 wird von einer elektrischen Energiequelle versorgt, die als Gleichspannungs-Batterie 16 dargestellt ist, welche an ihren beiden gegenüberliegenden Klemmen positive bzw. negative Gleichspannungen V und V_ in der angegebenen Weise liefert. Selbstverständlich kann es sich bei der Energiequelle für Gleichspannungen auch um einen Generator, Gleichrichter, Synchrongenerator oder jede andere geeignete Art von elektrischer Energiequelle handeln, die normalerweise bei eingebauten Brennkraftmaschinen oder anderen Maschinen Verwendung finden. Der Schaltkreis 10 steuert den Stromfluß durch eine Solenoidspule 18 im elektromagnetischen Betätigungsteil 12, so daß ein Magnetfeld erzeugt wird, welches eine gewünschte mechanische Bewegung hervorruft. Das von der Solenoidspule 18 erzeugte Magnetfeld wird durch eine Abtastspule 20 abgetastet, die ein Rückkoppelungssignal zur überwachung der zyklischen Wirkungsweise des Schaltkreises 10 erzeugt. Der Uberspannungs-Schutzkreis 14 überwacht die Eingangsspannungen zum Schaltkreis 10 und erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 23, das denfSchaltkreis 10 ausschaltet und ihn dadurch während der Dauer eines Uberspannungszustandes außer Betrieb setzt. Die Einzelheiten des Schaltkreises 10 und des Uberspannungs-Schutzkreises 14 sollen im folgenden unter Bezugnahme auf den in Fig. 4 wiedergegebenen Stromlauf im einzelnen diskutiert werden, wo die Schaltung zum Betrieb einer elektromagnetisch betätigten Förderpumpe verwendet wird, wie sie in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben ist.

Fig. 2 zeigt eine Endansicht einer typischen elektromagnetischen

709881/1111 - 14 -

Förderpumpe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung. Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich auch bei anderen Arten von Pumpen verwenden, d.h. bei zylindrischen Pumpen, wie es beispielsweise in der US-PS 3 381 616 angegeben ist. Die in Fig. wiedergegebene elektromagnetische Förderpumpe besitzt einen Gewindeauslaß 101, der in einem ersten Sechskantteil 103 angeordnet ist, welcher in die eine Seite eines U-förmigen Teiles 105 eingeschraubt ist. Ein als Aufhängung und Abdeckung ausgebildetes Element 107 ist über das U-förmige Teil 105 geschoben und bildet ein geschlossenes Gehäuse. Die Abdeckung 107 ist mit Flanschteilen 109 mit darin angeordneten Löchern ausgebildet, um die Pumpe an einer Fläche zu montieren. Eine Anschlußeinrichtung ist am U-förmigen Teil 105, jedoch isoliert von diesem durch ein Isolationsteil 115 angebracht, so daß es von den Elementen 105 und 107 elektrisch isoliert ist.

Fig. 3 zeigt die Pumpe im Querschnitt. Ein Gewindeinlaß 117 ist in einem zweiten Sechskantteil 119 ausgebildet, das in die andere Seite des U-förmigen Teiles 105 eingeschraubt ist, so daß ein Einlaß 117 mit einem Auslaß 101 ausgefluchtet ist. Ein hohles zylindrisches Führungselement 121 ist von einem zylindrischen Ansatz des ersten Sechskantteiles 103 getragen und in axialer Ausfluchtung mit dem Einlaß 117 und dem Auslaß 101 gehalten. Zwischen den Seiten des U-förmigen Teiles 105 und koaxial mit dem Führungselement 121 sind eine Solenoidwicklung 123 und eine Abtastspulenwicklung 125 angeordnet. Das Solenoid besteht aus einer relativ höheren Anzahl von Drahtwindungen, so daß es relativ hohe Widerstands- und Induktivitätswerte besitzt. Eine dünne Schicht aus nicht magnetischem Material in Form einer Spule 127 trennt die Wicklungen 123 und 125 von dem zylindrischen Ansatz des ersten Sechskantteiles 103 und den Seiten des U-förmigen Teiles 105. Eine bewegliche Armatur in Form eines hin- und hergehenden Kolbens 129, der aus magnetischem Material besteht und eine hindurchgehende öffnung aufweist, ist verschiebbar innerhalb des Führungselementes 121 montiert. Ein elastischer Ring 122 ist in koaxialer Ausfluchtung mit dem Führungselement 121 in einer

709881/11

- 15 -

Aussparung des ersten Sechskantteiles 103 angeordnet und darin durch das Führungselement 121 gehalten. Ein Rückschlagventil 124 ist im Einlaß 117 des zweiten Sechskantteiles 119 angeordnet, um zu verhindern, daß sich ein anderer Fluidstrom als ein Fluidstrom in einer Richtung vom Einlaß zum Auslaß durch das zylindrische Führungselement 121 ausbildet. Ein als Feder 126 wiedergegebenes elastisches Teil ist zusammendrückend zwischen dem Kolben 129 und dem Rückschlagventil 124 gehalten, um den Kolben 129 in Richtung des Auslasses 101 und gegen den elastischen Ring 122 zu drücken. Ein Rückschlagventil 128 ist innerhalb der durch den Kolben 129 hindurchgehenden öffnung angeordnet, um dafür zu sorgen, daß ein Fluid durch den Kolben 129 hindurch nur in der Richtung vom Einlaß 117 zum Auslaß 101 fließt. Eine Befestigungsoder Halteeinrichtung 130 ist innerhalb des Kolbens 129 vorgesehen, um zu verhindern, daß das Rückschlagventil 128 aus seinem Sitz herauskommt. Das zweite Sechskantteil 119 ist mit einer in koaxialer Ausfluchtung mit dem Einlaß 117 angeordneten Aussparung zur Aufnahme eines Teiles des Führungselementes 121 versehen, wobei die Aussparung eine darin angeordnete kreisförmige Nut zur Aufnahme eines O-Ringes besitzt, der eine Dichtung zwischen dem Sechskantteil 119 und dem Führungselement 121 bildet. Die elektronische Schaltung ist in einem Raum 134 untergebracht.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Stromlaufes des Schaltkreises 10 und des Uberspannungs-Schutzkreises 14. Die positive elektrische Spannung V von der elektrischen Stromversorgungsquelle, z.B. der Batterie 16^ wird bei einer positiven Eingangsklemme 22 eingekoppelt, bei der es sich um die gleiche Anordnung wie die Anschlußeinrichtung 113 nach Fig. 2 handelt, während die negative elektrische Spannung V_ über eine negative Eingangsklemme 24 angeschlossen wird, bei der es sich um die gleiche Anordnung wie das Flanschteil 109 handelt. Das eine Ende der Solenoidspule 18 ist an die positive Eingangsklenune 22 und das andere Ende der Solenoidspule 18 an den Emitter eines ersten Transistors 26 angeschlossen, während der Kollektor des ersten Transistors 26 mit der negativen Eingangsklemme 24 verbunden ist. Die Basis des ersten Transistors 26 ist an den Emitter eines

7098H1/1113

- 16 -

zweiten Transistors 28 angeschlossen. Der Kollektor des zweiten Transistors 28 ist mit der negativen Eingangsklemme 24 und die Basis des zweiten Transistors 28 ist, über einen Basisvorspannungswiderstand 30, ebenfalls mit der negativen Eingangsklemme 24 verbunden. Die Kombination aus dem ersten Transistor 26 und dem zweiten Transistor 28 stellt einen Verstärker 32 mit hoher Verstärkung dar, der in der Lage ist, große Ströme mit relativ kleinen Steuerströmen im Basiskreis des zweiten Transistors 28 zu steuern und zu regeln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Verstärker 32 mit hoher Verstärkung um einen Darlington-Verstärker der angegebenen Art. Der Verstärker kann jedoch auch ein einzelner Transistor mit hoher Verstärkung an sich bekannter Art sein. Die Basis des zweiten Transistors 28 ist an einen Verbindungspunkt 34 zwischen der Solenoidspule 18 und dem ersten Transistor 26 über die Abtastspule 20 und einen Spannungsabfallwiderstand 36 angeschlossen. Die Serienschaltung aus Spannungsabfallwiderstand 36, Abtastspule 20 und Basisvorspannungswiderstand 30 stellt einen Spannungsteiler dar, der an der Basis des zweiten Transistors 28 ein Potential erzeugt, das zwischen den an den positiven und negativen Eingangsklemmen 22 bzw. 24 liegenden Potentialen liegt, und gewährleistet, daß der Verstärker 32 sich bei jedem am Verbindungspunkt 34 liegenden Potential, das positiver als das an der negativen Eingangsklemme 24 liegende Potential ist, in leitendem Zustand befindet.

Der bisher beschriebene Schaltkreis stellt einen Sperrschwinger dar, bei dem der durch den.Stromfluß in der Solenoidspule 18 induzierte Strom in der Abtastspule 20 den Verstärker 32 zyklisch zwischen dem voll leitenden und dem nicht leitenden Zustand betreibt.

Ferner ist eine Zenerdiode 38 zur Basisspannungsbegrenzung von der Basis des zweiten Transistors 28 mit der negativen Eingangsklemme 24 verbunden, um das zwischen der Basis und dem Kollektor des zweiten Transistors 28 liegende maximale Potential zu begrenzen, und bildet einen impedanzarmen Zweig für erzeugte Funk-

709881/1 IIS . ₁₇ -

oder Hochfrequenzstörungssignale. Eine Reihenschaltung aus Strombegrenzungswiderstand 40 und einer Diode 42 ist zwischen den Verbindungspunkt 34 und die positive Eingangsklenune 22 parallel zur Solenoidspule 18 geschaltet, um einen gesteuerten niederohmigen Zweig für den durch das zusammenbrechende Magnetfeld in der Solenoidspule 18 induzierten Strom zu schaffen, wenn der Verstärker 32 "abgeschaltet" ist und sich im nicht—leitenden Zustand befindet. Ein Kondensator 4 4 ist zwischen den Verbindungspunkt 34 und die negative Eingangsklenune 24 geschaltet. Die Serienschaltung der Solenoidspule 18 in Reihe mit dem Kondensator 4 dient weiterhin zur Unterdrückung von Funkstörungen, die durch den Schaltkreis 10 erzeugt werden.

Der Emitter eines Regeltransistors 46 im Uberspannungs-Schutzkreis 14 ist an die positive Eingangsklenune 22 angeschlossen. Die Basis des Regeltransistors 46 ist mit der negativen Eingangsklenune verbunden, und zwar über eine Regelzenerdiode 48 mit einem Über·· gangspotential, das höher als das maximale Nennpotential der elektrischen Spannungsquelle und niedriger als dasjenige Potential ist, das übermäßige und schädliche Ströme im Verstärker 32 in seinem bestleitenden Zustand verursachen würde. Der Kollektor des Regeltransistors 46 ist über eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Regeldiode 50 an die Basis des zweiten Transistors 28 angeschlossen.

Der oben beschriebene Schaltkreis arbeitet folgendermaßen:

Das Anlegen einer Potentialdifferenz von der elektrischen Energiequelle 16 an die positive Eingangsklenune 22 und die negative Eingangsklenune 24 verursacht einen Stromfluß von der positiven Eingangsklenune 22 durch die Solenoidspule 18 zum Verbindungspunkt 34, dann durch den Spannungsabfallwiderstand 36, die Abtastspule 20 und den Basisvorspannungswiderstand 30 zur negativen Eingangsklemme 24. In Folge dieses Stromflusseü ist das Potential an der Basis des zweiten Transistors 28 niedriger als das Potential am Emitter des zweiten Transistors 28, und der zweite Tran-

709881/1113 - 18 -

2729123

sistor 28 beginnt zu leiten. Die Leitfähigkeit des zweiten Transistors 28 ermöglicht das Fließen eines Basisstromes im ersten Transistor 26, der jetzt ebenfalls zu leiten beginnt und den Stromfluß durch die Solenoidspule 18 erhöht. Der zunehmende Stromfluß in der Solenoidspule 18 induziert einen Strom in der Abtastspule 20, der in Richtung des Pfeiles A fließt, was zu einer Erhöhung des Basisstromes des zweiten Transistors 28 führt. Der zunehmende Basisstrom erhöht die Leitfähigkeit des zweiten Transistors 28 und ferner die Leitfähigkeit des ersten Transistors 26. Dieser Vorgang dauert an, bis der Verstärker 32 vollständig leitend ist. Wenn der Verstärker 32 voll leitend wird, so wird der Stromfluß durch die Solenoidspule 18 eine Konstante und das Anwachsen des von der Solenoidspule 18 erzeugten Magnetfeldes hört auf. Dies beendet den in der Abtastspule 20 induzierten Strom und verursacht ein Abnehmen des Basisstromes des zweiten Transistors 28. Eine Abnahme des Basisstromes des zweiten Transistors 28 vermindert die Leitfähigkeit des Transistors 28, was die Leitfähigkeit des ersten Transistors 26 herabsetzt. Ein Abnehmen der Leitfähigkeit des ersten Transistors 26 verringert den Stromfluß durch die Solenoidspule 18 und führt dazu, daß das erzeugte Magnetfeld zusammenzubrechen beginnt. Das zusammenbrechende Magnetfeld induziert einen Stromfluß in der Abtastspule 20, wobei dieser Stromfluß nun in die dem Pfeil A entgegengesetzte Richtung erfolgt und weiterhin den Stromfluß im Basiskreis des zweiten Transistors 28 und auch den BasJSBtrom des ersten Transistors 26 verringert. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis der Verstärker 32 nicht-leitend wird, was den Ausgangszustand des Kreises darstellt. Dieser Vorgang wiederholt sich dann periodisch von selbst.

Der unmittelbar vor dem Zusammenbrechen des Magnetfeldes durch die Solenoidspule 18 und den Verstärker 32 fließende Strom wird, aufgrund der Trägheit des Magnetfeldes, durch die Serienschaltung aus Strombegrenzungswiderstand 40 und Diode 4 2 hindurchfließen. Dieser Strom, der zu Beginn ebenso groß wie der durch die Solenoidspule 18 fließende Strom ist, nimmt exponentiell ab, wenn das

709881/1113. _ ₁₉ _

Magnetfeld zusammenbricht.

Hochfrequenz- und Funkstörungssignale, die in dem Kreis erzeugt werden, werden durch die Serienschaltung aus Solenoidspule 18 und Kondensator 44 ausgefiltert. Rest-Funkstörungssignale, die am Verbindungspunkt 34 erzeugt und nicht durch den Filter mit der Solenoidspule 18 und dem Kondensator unterdrückt werden, liegen im Nebenschluß am Basisvorspannungswiderstand 30 im Basiskreis des zweiten Transistors 28 über die Zenerdiode 38 zur Basisspannungsbegrenzung. Die Wirkung dieser Zenerdiode 38 zur Basisspannungsbegrenzung besteht darin, daß sie das maximale Potential zwischen der Basis und dem Kollektor des zweiten Transistors wirksam auf einem Potential festhält, das niedriger als das maximal veranschlagte Potential ist, welches in sicher verkraftbarer Weise in diesem Zweig auftreten darf.

Das an der positiven Eingangsklemme 22 auftretende Potential liegt auch am Emitter des Regeltransistors 46 an, dessen Basis über die Regelzenerdiode 48 an die negative Eingangsklemme 24 angeschlossen ist. Wie bereits angedeutet, ist das Ubergangspotential der Regelzenerdiode 48 niedriger als das maximale Potential, das der Verstärker 32 in vollständig leitendem Zustand ohne Beschädigung (Stromflußausfall) aushält, aber höher als das von der elektrischen Energiequelle 16 erzeugte maximale Nennpotential. Bei sämtlichen Potentialen unterhalb des Ubergangspotentiales der Regelzenerdiode 48 ist diese nicht leitend, und es kann kein Strom im Basiskreis des Regeltransistors 46 fließen. Wenn jedoch ein Uberspannungszustand auftritt, der größer als das Ubergangspotential der Regelzenerdiode 48 ist, so wird diese vollständig leitend und bildet einen niederohmigen Zweig für den Basisstrom des Regeltransistors 46 zur negativen Eingangsklemme 24. Dies führt dazu, daß der Regeltransistor 46 leitet und für einen Stromfluß durch die Regeldiode 50 und den Basisvorspannungswiderstand 30 zur negativen Eingangsklemme 24 sorgt. Der zunehmende Stromfluß durch den Basisvorspannungswiderstand 30 erhöht das an der Basis des zweiten Transistors 28 anliegende Potential

709881/1 113 - 20 -

gegenüber dem Ubergangspotential der Regelzenerdiode 48 und führt zu einer wirksamen Vorspannung in Sperrichtung des zweiten Transistors 28 und des Verstärkers 32. Der Stromfluß vom dritten Regeltransistor 46 erfolgt gegen den Basisstrom des zweiten Transistors 28, was den Stromfluß im Basiskreis des ersten Transistors 26 beendet und den zweiten Transistor 28 und den Verstärker 32 nur nominell leitend macht. Durch die Wirkung des Uberspannungs-Schutzkreises 14 wird der Verstärker wirksam während eines Uberspannungszustandes abgeschaltet, und der Schaltkreis 10 ist nur dem Zusammenbrechen der überspannung ausgesetzt und muß keine hohen Ströme aushalten, die bei Überspannungszuständen auftreten. Da Ausfälle von Festkörperbauelementen vorwiegend im Strombetrieb auftreten, ist die oben erläuterte Schaltung in wesentlich geringerem Maße Ausfällen unterworfen, die aufgrund von Impulsen hoher Energie oder ständigen Überspannungszuständen auftreten, als es bei den bisher bekannten Schaltungen der Fall ist.

Auch wenn die oben erläuterte Schaltung eines Sperrschwingers vorwiegend im Zusammenhang mit einer elektromagnetischen Förderpumpe erläutert wurde, so dient die Wahl des Kreises und der Pumpenanordnung lediglich der Erläuterung, ohne die Erfindung auf die speziell angegebenen^lemente zu beschranken.

709881/1

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung mit einem elektromagnetischen Betätigungsteil, das an eine elektrische Energiequelle mit einer/erstes Potential liefernden ersten Klemme und mit einer ein zweites, niedrigeres Potential liefernden zweiten Klemme angeschlossen ist und das eine auf ein Magnetfeld zur Erzeugung einer mechanischen Bewegung ansprechende bewegliche Armatur aufweist, mit einer Solenoidspule mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von einem hindurchfließenden Strom, wobei ihr Eingangsende an die erste Klemme der elektrischen Energiequelle angeschlossen und eine Abtastspule in Serie mit der Solenoidspule und auf das von der Solenoidspule erzeugte Magnetfeld ansprechend zur Erzeugung eines Steuersignales geschaltet ist, und mit einer Schaltung zur Regelung des in der Solenoidspule fließenden Stromes,

709RR1M1 η

- 2 -ORIGINAL INSPECTED

gekennzeichnet

durch einen an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) und die zweite Klemme (24) der elektrischen Energiequelle (16) angeschlossenen Schaltkreis (10) zur periodischen Regelung des Stromflusses durch die Solenoidspule (18) in Abhängigkeit vom Regelsignal und

durch einen Uberspannungsschutzkreis (14), der auf die Potentialdifferenz zwischen der ersten (22) und der zweiten Klemme (24) der elektrischen Energiequelle (16) zur Erzeugung eines Arbeitssignales anspricht, das im wesentlichen den Stromfluß durch den Schaltkreis (10) reduziert, wenn eine größere Potentialdifferenz als ein vorgegebener Wert auftritt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spannungsabfallwiderstand (36) , der mit einem Ende an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) und mit dem anderen Ende an das Eingangsende der Abtastspule (20) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (10) als Sperrschwinger ausgebildet und mit einem Verstärker (26, 28, 32) versehen ist, der eine an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossene Eingangselektrode, eine an die zweite Klemme (24) der elektrischen Energiequelle (16) angeschlossene Ausgangselektrode und eine Regelelektrode, die das Regelsignal von der Abtastspule (20) zur Steuerung des Stromflusses durch die Solenoidspule (18) in Abhängigkeit von den Steuersignalen erhält, sowie einen Basisvorspannungswiderstand (30) aufweist, der mit einem Ende an die Regelelektrode des Verstärkers (26, 28, 32) und mit dem anderen Ende an die zweite Klemme (24) der elektrischen Energiequelle (16) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (10) eine Zenerdiode (38) zur Basisspannungsbegrenzung aufweist, die ein erstes vorgegebenes Ubergangspotential aufweist und in Serie mit dem Spannungsab-

7098ft1/1115 - 3 -

fallwiderstand (36) geschaltet ist, um das Potential, das maximal an der Regelelektrode des Verstärkers (26, 28, 32) liegen darf, gegenüber dem ersten vorgegebenen Ubergangspotential der Zenerdiode (38) zu begrenzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (10) in Parallelschaltung zur Solenoidspule (18) eine Reihenschaltung aus Diode (42) und Strombegrenzungswiderstand (40), die einen niederohmigen Zweig für den in der Solenoidspule (18) induzierten Strom durch das Zusammenbrechen des Magnetfeldes bilden, wenn der Verstärker (26, 28, 32) in Abhängigkeit vom Steuersignal abgeschaltet ist, und einen an das Ausgangsende der Solenoidspule (18) angeschlossenen Kondensator (44) aufweist, der parallel zum Verstärker (26, 28, 32) geschaltet ist und zusammen mit der Solenoidspule (18) einen Funkstörungsfilter bildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Uberspannungs-Schutzkreis (14) einen Regeltransistor (46) mit einem Kollektor, einer Basis und einem an die erste Klemme (22) der elektrischen Energiequelle (16) angeschlossenen Emitter, eine Regeldiode (50) , die mit ihrer Anode an den Kollektor des Regeltransistors (46) und ihrer Kathode an die Regelelektrode des Verstärkers (26, 28, 32) angeschlossen ist, und eine Regelzenerdiode (48) mit einem zweiten vorgegebenen Ubergangspotential aufweist, das etwas größer als das erste vorgegebene Ubergangspotential ist, daß die Regelzenerdiode (48) mit ihrer Kathode an die Basis des Regeltransistors (46) und mit ihrer Anode an die zweite Klemme (24) der elektrischen Energiequelle (16) angeschlossen ist, so daß die Zenerdiode (48) leitet, den Regeltransistor (46) in einen leitenden Zustand bringt und den Verstärker (26, 28, 32) in Sperrichtung vorspannt und damit nicht-leitend macht, wenn die an der Serienschaltung aus Solenoidspule (18) und Verstärker (26, 28, 32) anliegende Spannung das zweite vorgegebene Potential überschreitet.

709881/11
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (26, 28, 32) ein Darlington-Verstärker ist.
8. Vorrichtung mit einer elektromagnetischen Förderpumpe mit einem magnetischen und auf ein Magnetfeld ansprechenden bewegbaren Kolben mit einer Solenoidspule mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von einem hindurchfließenden Strom, mit einer magnetisch an die Solenoidspule angekoppelten Abtastspule zur Erzeugung eines Steuersignales in Abhängigkeit von Änderungen des von der Solenoidspule erzeugten Magnetfeldes, und mit einem Sperrschwinger, gekennzeichnet durch einen Spannungsabfallwiderstand (36), der in Serie zwischen das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) und das eine Ende der Abtastspule (20) geschaltet ist, durch einen den Stromfluß durch die Solenoidspule (18) regelnden Schaltkreis (10), der eine an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossene Eingangselektrode, eine Regelelektrode zur Aufnahme des von der Abtastspule (20) erzeugten Steuersignales und eine Ausgangselektrode (24) aufweist, und durch einen zwischen das Eingangsende (22) der Solenoidspule (18) und die Ausgangselektrode (24) des Schaltkreises (10) geschalteten Uberspannungs-Schutzkreis (14), der das an der Serienschaltung aus Solenoidspule (18) und Schaltkreis (10) liegende Potential zur Erzeugung eines Uberspannungsschutzsignales abtastet, das an der Regelelektrode des Schaltkreises (10) anliegt, wenn das anliegende Potential einen vorgegebenen Wert überschreitet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (10) einen Darlington-Verstärker (26, 28, 32) aufweist, der mit einem an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossenen Emitter, mit einer Basis zur Aufnahme des Regelsignales und des Uberspannungs-Schutzsignales und mit einem Kollektor versehen ist, und daß

709881/1113 - 5 -

der Emitter die Eingangselektrode, die Basis die Regelelektrode und der Kollektor die Ausgangselektrode des Schaltkreises (10) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Uberspannungs-Schutzkreis (14) einen Regeltransistor (46) mit einer Basis, einem Kollektor und einem an das Eingangsende der Solenoidspule (18) angeschlossenen Emitter, eine Regeldiode (50), die mit ihrer Anode an den Kollektor des Regeltransistors (46) und mit ihrer Kathode an die Basis des Darlington-Verstärkers (26, 28, 32) angeschlossen ist, und eine Regel-Zenerdiode (48) aufweist, die mit ihrer Kathode an die Basis des Regeltransistors (46) und mit ihrer Anode an den Kollektor des Darlington-Verstärkers (26, 28, 32) angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Darlington-Verstärker (26, 28, 32) einen ersten Transistor (26) mit einem Kollektor, einer Basis und einem an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossenen Emitter,

einen zweiten Transistor (28) , der mit einem an die Basis des ersten Transistors (26) angeschlossenen Emitter, einem an den Kollektor des ersten Transistors (26) angeschlossenen Kollektor und einer Basis zur Aufnahme der Regel- und Uberspannungsschutzsignale versehen ist, und einen Basisvorspannungswiderstand (30) aufweist, der zwischen die Basis und den Kollektor des zweiten Transistors (28) geschaltet ist, und daß der Emitter und der Kollektor des ersten Transistors (26) die Eingangs- bzw. Ausgangselektroden und die Basis des zweiten Transistors (28) die Regelelektrode ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Darlington-Verstärker (26, 28, 32) eine Zenerdiode (38) mit einem vorgegebenen Ubergangspotential zur Begrenzung der Basisvorspannung aufweist, die parallel zum

709881/1113 - « -

Basisvorspannungswiderstand (30) geschaltet ist und das an der Basis des zweiten Transistors (28) maximal anliegende Potential gegenüber dem vorgegebenen Übergangspotential begrenzt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine parallel zur Solenoidspule (18) geschaltete Serienschaltung aus Diode (42) und Strombegrenzungswiderstand (40), die einen geregelten niederohmigen Zweig für den durch das zusammenbrechende Magnetfeld in der Solenoidspule (18) induzierten Strom bildet, wenn der Stromfluß im Darlington-

w Verstärker (26, 28, 32) in Abhängigkeit von den Regelungsoder Überspannungsschutzsignalen reduziert wird, und durch einen Kondensator (44), der parallel zum Darlington-Verstärker (26, 28, 32) zwischen den Emitter und den Kollektor sowie in Reihe mit der Solenoidspule (18) geschaltet ist, wobei der Kondensator (44) und die Solenoidspule (18) einen Funkstörungsfilter bilden, der zwischen dem Emitter und der Basis des Darlington-Verstärkers (26, 28, 32) erzeugte Hochfrequenz- und Funkstörungssignale ausfiltert.
14. Elektromagnetische Förderpumpe mit Betätigung durch elektrische Energie durch eine externe Energiequelle, gekennzeichnet

durch eine positive Eingangsklemme (22, 113) und eine negative Eingangsklenune (24, 109) zur Aufnahme von elektrischer Energie von der externen Energiequelle (16),

durch einen magnetischen Kolben (129) mit einer Ventileinrichtung (124, 128) zur Erzeugung eines in eine Richtung wirkenden Fluidstromes, wobei der Kolben (129) zum Pumpen eines Fluids in Abhängigkeit von einem Magnetfeld bewegbar ist, durch eine Solenoidspule (18, 123) zur Erzeugung des Magnetfeldes, die ein an die positive Eingangsklenune (22, 113) angeschlossenes Eingangsende (22) und ein Ausgangsende (34) aufweist,
— durch eine magnetisch an die Solenoidspule (18, 123) angekop-

7098Θ1/1113 - ⁷ -

pelte Abtastspule (20, 125) zur Erzeugung eines Steuersignales in Abhängigkeit von dem von der Solenoidspule (18, 123) erzeugten Magnetfeld, wobei die Abtastspule (20, 125) mit ihrem einen Ende in Serie mit dem Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) geschaltet ist,

durch einen Schaltkreis (10) zur Steuerung des Stromflusses durch die Solenoidspule (18, 123), wobei der Schaltkreis (10) eine an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossene Eingangselektrode, eine an die negative Eingangsklemme (24) angeschlossene Ausgangselektrode sowie eine Regelsignalelektrode aufweist, die an das Ausgangsende der Abtastspule (20, 125) angeschlossen ist und das Steuersignal erhält und

durch einen zwischen die positive Eingangsklemme (22) und die negative Eingangsklemme (24) geschalteten Uberspannungs-Schutzkreis (14) zur Erzeugung eines Uberspannungs-Schutzsignales in Abhängigkeit von einer Potentialdifferenz zwischen der positiven (22) und der negativen Eingangsklemme (24) während des Auftretens einer ein vorgegebenes Potential nach oben überschreitenden Potentialdifferenz, so daß das der Regelsignalelektrode zugeführte Uberspannungs-Schutzsignal eine wesentliche Reduzierung des Stromflusses durch den Schaltkreis (10) bewirkt.
15. Elektromagnetische Förderpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (10) mit einem Darlington-Verstärker (26, 28, 32) versehen ist, der einen an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossenen Emitter, einen an die negative Eingangsklemme (24) angeschlossenen Kollektor und eine an das Ausgangsende der Abtastspule (20) angeschlossene Basis aufweist, daß der Stromfluß durch den Darlington-Verstärker (26, 28, 32) und durch die Solenoidspule (18) durch das an der Basis anliegende Steuersignal geregelt wird und daß der Emitter die Eingangselektrode, der Kollektor die Ausgangselektrode und die Basis die Regelsignalelektrode ist.

709881/1113 _ft

— ο —
16. Elektromagnetische Förderpumpe nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Spannungsabfallwiderstand (36), der zwischen das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) und das Eingangsende der Abtastspule (20) geschaltet ist.
17. Elektromagnetische Förderpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Uberspannungs-Schutzkreis (14) einen Regeltransistor (46) mit einer Basis, mit einem Kollektor und mit einem an die positive Eingangsklemme (22) angeschlossenen Emitter, eine Regelzenerdiode (48) mit einem Ubergangspotential von gleicher Größe wie das vorgegebene Potential, die mit ihrer Kathode an die Basis des Regeltransistors (46) und mit ihrer Anode an die negative Eingangsklemme (24) angeschlossen ist, und eine Regeldiode (50) aufweist, die mit ihrer Anode an den Kollektor des Regeltransistors (46) und mit ihrer Kathode an die Regelsignalelektrode des Verstärkers (26, 28, 32) angeschlossen ist.
18. Elektromagnetische Förderpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (26, 28, 32) ein Darlington-Verstärker ist und einen ersten Transistor (26), der mit einer Basis, mit einem an das Ausgangsende (34) der Solenoidspule (18) angeschlossenen Emitter und einem an die negative Eingangsklemme (24) angeschlossenen Kollektor versehen ist, einen zweiten Transistor, der mit einem an die Basis des ersten Transistors (26) angeschlossenen Emitter, mit einem an die negative Eingangsklemme (24) angeschlossenen Kollektor und einer an das Ausgangsende der Abtastspule (20) angeschlossenen Basis versehen ist, und einen Basisvorspannungswiderstand (30) aufweist, der zwischen die Basis des zweiten Transistors (28) und die negative Eingangsklemme (24) geschaltet ist.
19. Elektromagnetische Förderpumpe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaltkreis (10) zur

7098*1/1113 - ⁹ -

Basisvorspannungsbegrenzung eine Zenerdiode (38) mit einem zweiten vorgegebenen Ubergangspotential aufweist, das niedriger als das vorgegebene Potential ist, und daß die Zenordiode (38) zur Basisvorspannungsbegrenzung parallel zum Basisvorspannungswiderstand (30) geschaltet ist und das maximal an der Basis des Darlington-Verstärkers (26, 28, 32) liegende Potential begrenzt.

709881/1113